WO2011039095A1

WO2011039095A1 - Gleitlack zur beschichtung eines metallbauteils oder aufgebracht auf ein metallbauteil

Info

Publication number: WO2011039095A1
Application number: PCT/EP2010/064010
Authority: WO
Inventors: Jürgen WINDRICH; Carsten Duppe; Ivan Grozev
Original assignee: Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2011-04-07
Also published as: DE102009043435A1; EP2483571A1; US20120184471A1; CN102549282A; CN102549282B

Abstract

Gleitlack zur Beschichtung eines Metallbauteils oder aufgebracht auf ein Metallbauteil, bestehend aus einem Basislack als Matrix sowie mindestens einem Schmierstoff, wobei zusätzlich mindestens ein Verschleißschutzstoff (5) enthalten ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Gleitlack zur Besch ichtung eines Metallbauteils oder aufgebracht auf ein Metallbauteil

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen Gleitlack zur Beschichtung eines Metallbauteils oder aufgebracht auf ein Metallbauteil, bestehend aus einem Basislack als Matrix sowie mindestens einem Schmierstoff.

Hintergrund der Erfindung

Gleitlacke sind an und für sich bekannt und finden eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten beispielsweise in Fertigung und Montage. Hierbei erleichtern sie den Zusammenbau, unterstützen den Einlauf hoch belasteter Maschinenelemente und gewährleisten in vielen Fällen eine wartungsfreie Lebens- dauerschmierung. Allgemein gesagt, verbessern Gleitlacke das tribologische Verhalten hinsichtlich Reibung und Verschleiß bei einer Vielzahl von Materialsystemen bzw. Kombinationen. Die über bekannte Verfahren aufgebrachten Lackschichten dienen außerdem z. B. der Verringerung der Kraftübertragung, Kühlung, Schwingungsdämpfung, Dichtwirkung sowie dem Korrosionsschutz von damit beschichteten Bauteilen. Solche Bauteile können z. B. Werkzeugbauteile, Lagerbauteile oder andere hoch beanspruchte Bauteile sein.

Bekannte Gleitlacksysteme bestehen aus PE, PE/PTFE, SiO₂, MoS₂, sowie anderen modifizierten Systemen. Die Nachteile dieser ergeben sich durch de- ren bedingte Verschleißbeständigkeit vor allen Dingen in Arbeitsbereichen mit hohen Flächenpressungen. Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Gleitlack mit verbesserten tribologischen Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf die Verschleiß- beständigkeit, anzugeben.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Gleitlack der eingangs genannten Art vorgesehen, wobei in diesem zusätzlich mindestens ein Verschleißschutzstoff enthalten ist.

Der erfindungsgemäße Gleitlack zur Beschichtung eines Metallbauteils oder aufgebracht auf ein Metallbauteil besteht somit im Wesentlichen aus einem Basislack als Matrix sowie mindestens einem Schmierstoff und zusätzlich mindestens einem Verschleißschutzstoff. Der erfindungsgemäße Gleitlack weist daher verbesserte Eigenschaften bezüglich Schmierung und Verschleißschutz auf. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Gleitlacks ist sehr flexibel, woraus sich ergibt, dass der erfindungsgemäße Gleitlack in einer Vielzahl an Anwendungen einsetzbar ist, da er die Gleit- und Verschleißeigenschaften verschiedenster Materialsysteme bzw. Materialkombinationen verbessert. So kommt es z. B. bei Linearführungen zu einer deutlichen Reduzierung des Einlaufverschleißes und durch Beschichten von Umlenkeinheiten oder Dichtungselementen zu einer hohen Reduzierung der Reibung. Bei Lagern im Allgemeinen kann durch die Beschichtung mit dem erfindungsgemäßen Gleitlack ein Einsatz in korrosiven Medien, wie z. B. Meerwasser, durch eine Erhöhung der Lebensdauer des Lagers verlängert werden. Bei Hochtemperaturanwendungen in einem Temperaturbereich von 350 - 450 °C, wie z. B. in verschiedenen Motoren, ist eine Verwendung des erfindungsgemäßen Gleitlacks ebenfalls denkbar. Aber auch im Bereich der Elektromotoren ist der erfindungsgemäße Gleitlack eine interessante Alternative, da er eine elektrische Isolation bewirken kann. Bei Schraubenverbindungen sorgt der erfindungsgemäße Gleitlack für definierte Reibwerte mit geringen Streuungen. Der Anwendung des erfindungsgemäßen Gleitlacks sind grundsätzlich keine Grenzen gesetzt, es handelt sich um einen universell anwendbaren Gleitlack. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Gleitlacks können sonstige Schmierstoffe entfallen und somit ein wartungsfreier Zustand erreicht werden.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gleitlacks wird der als Matrix dienen- de Basislack bei einer möglichst hohen Drehzahl mit einem Flügelrührer für etwa 15 Minuten gerührt, wobei darauf zu achten ist, dass hierbei keine Luftblasen in den Gleitlack eingebracht werden. Es ist wichtig, dass sich auf dem Boden keine Feststoffpartikel absetzen, falls dies noch der Fall ist, muss das Rühren, wie oben beschrieben, bis zu einer gewünschten Homogenisierung fortgeführt werden. Nach der Homogenisierung durch den Rührvorgang werden die Schmier- und Verschleißschutzstoffe in kleinen Portionen unter Rühren in den Gleitlack eingebracht. Der Gleitlack mit den Verschleiß- und Schmierstoffen wird weitere 15 Minuten bei hoher Drehzahl gerührt, so dass sich eine homogene Erscheinung ohne Schlieren und ohne Schaum ergibt. Ferner ist na- türlich darauf zu achten, dass eine gute Dispergierung der Schmier- und Verschleißschutzstoffe vorliegt und dass sich keine Bodenkörper oder sonstige Agglomerate gebildet haben. Zur Einstellung einer gewünschten Viskosität des erfindungsgemäßen Gleitlacks können Lösemittel bzw. Verdünner eingesetzt werden. Der summenmäßige Anteil aus Schmier- und Verschleißschutzstoff liegt im Bereich von 0,01 bis 90 Vol.-% bezogen auf die Matrix. Der erfindungsgemäße Gleitlack enthält somit stets mindestens 10 Vol.-% an Basislack bzw. Matrix. Dies gilt auch, wenn neben den Schmier- und Verschleißschutzstoffen weitere Additive, wie sie bekanntermaßen in Gleitlacken z. B. zur thermischen Stabilisierung verwendet werden, vorliegen. Als besonders vorteilhaft bezüglich der Zusammensetzung hat es sich erwiesen, wenn der Anteil an Schmierstoff vorzugsweise im Bereich von 20 bis 30 Vol.-% bezogen auf die Matrix liegt.

Zu einer besseren Ankopplung des mindestens einen Verschleißschutzstoffs in der Matrix bzw. an die anderen Bestandteile des Gleitlacks ist es möglich, den Verschleißschutzstoff durch eine Oberflächenbehandlung in seiner Oberfläche zu modifizieren. Hierzu kommt insbesondere eine Silanisierung seiner Oberfläche in Frage. Zur Oberflächenbehandlung des Verschleißschutzstoffs können Aminoalkylalkoxysilane aus der Gruppe Aminopropyltrimethosysilan, 3-Amino- propyltriethoxysilan, 3-Aminopropylnnethyldinnethoxysilan, 3-Aminopropyl- methyldiethoxysilan und/oder N-(2-Aminoethyl)-3-Aminopropyltrimethoxysilan verwendet werden. Die Menge an Silan beträgt üblicherweise 0,05 bis 20 Gew.-% bezogen auf den Anteil an Verschleißschutzstoff. Die Oberflächenbehandlung des Verschleißschutzstoffs erfolgt bevorzugt in einer 0,1 - 50 %igen Silan-Lösung in destilliertenn Wasser, worin der Verschleißschutzstoff in einem Mischer direkt zugesetzt und hierbei für ca. 10 Minuten vermischt wird. Es erfolgt eine Anlagerung der Silane auf den Verschleißschutzpartikeloberflächen und im Weiteren eine Anbindung an diese. Werden die modifizierten Partikel im Anschluss in einem wässrigen Basislacksystem verwendet, so können die Partikel nass in das Basislacksystem überführt und im Weiteren aufgelackt werden. Sollten die Partikel in einem lösemittelbasierenden Basislacksystem verwendet werden, sollten diese nach dem Silanisieren zunächst bei ca. 80 °C getrocknet werden und daraufhin in das lösemittelbasierende Lacksystem eingebracht werden.

Im Folgenden eine nicht abschließende Aufzählung an möglichen Verschleißschutzstoffen:

- Yttriumoxid - Partikel teilchenstabilisiert mit Zirkoniumoxid - Partikeln,

- eine kolloidale Dispersion von hexagonalen Bornitrid - Partikeln in einem Polytetrafluorethylen - Mantel (wie z. B. CERFLON® (Handelsname)),

- Bornitrid - Partikel (wie z. B. Combat® BN (Handelsname)),

- Siliciumoxid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Siliciumoxid - Partikel,

- Wollastonit - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Wollastonit - Partikel,

- Zirkoniumoxid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Zirkoniumoxid - Partikel,

- Siliciumnitrid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Siliciumnitrid - Partikel, - Aluminiumoxid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Aluminiumoxid - Partikel,

- Zinkoxid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Zinkoxid - Partikel,

- Zinksulfid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Zinksulfid - Partikel,

- Titanoxid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Titanoxid - Partikel,

- Metallcarbid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Metallcarbid - Partikel,

- Wolframcarbid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Wolframcarbid - Partikel,

- Borcarbid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Borcarbid - Partikel,

- Titancarbid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Titancarbid - Partikel,

- Siliciumcarbid - Partikel und/oder mit einem Silan oberflächenmodifizierte Siliciumcarbid - Partikel,

- Siliciumnitridpulver aus folgenden Komponenten bestehend: Silicium- nitrid min. 97,0 Gew.%, Silicium max. 0,3 Gew.%, Kohlenstoff max. 0,3

Gew.%, Eisen max. 0,1 Gew.%,

- Fullerene der Summenformeln C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 und C94, Partikelgröße 0,5 - 10 nm,

- Kohlenstoffnanoröhren, Partikelgröße 0,5 - 100 nm,

- Kohlenstofffasern, Partikelgröße 0,5 - 350 nm.

Die Partikelgrößen der Verschleißschutzstoffe liegen, bis auf die drei letztgenannten Kohlenstoffmodifikationen, vorzugsweise im Bereich von 0,1 nm - 20 μιτι. Die Form der Partikel ist vorzugsweise nicht rund, sondern eher eckig, wobei darauf zu achten ist, dass die Partikel keine Schneidkanten aufweisen. Wie erwähnt ist diese Aufzählung nicht abschließend, es können natürlich auch jedwede andere Verschleißschutzstoffe in Partikelform verwendet werden. Natürlich kann auch eine Kombination verschiedener Verschleißschutz- Stoffe von Nutzen sein. Der Anteil an schneidkantenfreien, runden Verschleißschutzstoffen in einer zu dispergierenden Partikelmischung liegt zwischen 0,1 und 90 Gew.-% bezogen auf den Gesamtanteil an Partikeln liegen. Ein hoher Anteil an runden Verschleißschutzstoffen führt zwar zu einer hohen Härte der Beschichtung, jedoch nimmt gleichzeitig die Verschleißfestigkeit insgesamt wieder ab. Bevorzugt werden daher 1 - 75 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtanteil an Partikeln, als runde Verschleißschutzstoffe eingesetzt. Insbesondere im Bereich der Gleitlacke für Gleitlager zeigte sich, dass besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden können, wenn 10 - 50 Gew.-% der Gesamtmischung in Form von runden Feststoffpartikeln vorliegen. Bei diesen Mischungsverhältnissen sind durchweg verbesserte Eigenschaften bezüglich der Verschleißfestigkeit zu erhalten. Die ungleichförmigen Verschleißschutzstoffe werden üblicherweise aus der Gruppe der Aluminiumoxide ausgesucht. Beispiele sind sämtliche Varianten und Formen des Korunds. Hinzu kommen Silizium- und Borcarbide. Die Auswahl der jeweiligen Partikel verfolgt nach Kriterien wie z. B. Druckfestigkeit und Einbindungsverhalten in der Matrix. Als Beispiel für einen sehr zweckmäßigen Verschleißschutzstoff sei geschmolzener Korund genannt, der sich neben seiner hohen Härte dadurch auszeichnet, dass er in großen Mengen zur Verfügung steht und preisgünstig herzustellen ist. Daneben wird oftmals auch auf Edelkorund zurückgegriffen, da dieser eine Farbneutralität der Verschleißschutzpartikel auch bei relativ hohen Anteilen gewährleistet.

Als runde Verschleißschutzpartikel werden in der Regel Vollkugeln aus Glas oder gesinterter Keramik verwendet. Je nach Wahl der Kugeln können zusätz- liehe Variationen beim Verhältnis zwischen Verschleißfestigkeit und Tragevermögen realisiert werden. Für bestimmte Anwendungen kann auch der Einsatz gesinterter schneidkantenfreier Keramikteilchen von Vorteil sein. Beispielsweise können diese verwendet werden, wenn es darum geht, die Härte der runden Verschleißschutzstoffe weiter heraufzusetzen, um somit den Anteil an unre- gelmäßigen, ungleichförmigen Verschleißschutzstoffen bei gleichbleibender Verschleißfestigkeit absenken zu können. Im Allgemeinen bestehen die runden, schneidkantenfreien Verschleißschutzstoffe im Wesentlichen aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Mullit, Spinell oder Zirkoniumoxid bzw. verschiedenen Mischungen daraus. Es können aber auch andere entsprechende Materialien verwendet werden. Die Härte und das Druck- bzw. Bruchverhalten der schneidkantenfreien, runden Verschleißschutzstoffe kann durch zusätzliche Modifikationsbestandteile, wie z. B. Natriumoxid, Lithiumoxid, Kaliumoxid, Eisenoxid, Titanoxid, Magnesiumoxid, Calci- umoxid, Neodymoxid, Lanthanoxid, Ceroxid, Yttriumoxid oder bzw. und Boroxid variiert werden. Wiederum ist diese Aufzählung nicht abschließend.

Nachfolgend wird eine nicht abschließende Auswahl an möglichen Schmierstoffen gegeben:

- Polytetrafluorethylen - Pulverpartikel,

- Graphit und oder Kugelgraphit - Pulverpartikel,

- Molybdänsulfid - Pulverpartikel,

- Perfluorpropylvinylether - Pulverpartikel,

- Polyamidimid - Pulverpartikel,

- lösliche Polyamide, z. B. alle in Alkohol löslichen Polyamide und Copo- lyamide, besonders vorteilhaft ist N-methoxymethylierten Polyamid kata- lytisch beschleunigt mit organischen Säuren,

- Perfluormethylvinylether - Pulverpartikel,

- Ethylen-Chlortrifluorethylen - Pulverpartikel,

- Polyvinylidenfluorid - Pulverpartikel,

- Polyphthalamid - Pulverpartikel,

- Polyetheretherketon - Pulverpartikel.

Die Schmierstoffe weisen vorzugsweise eine Partikelgröße im Bereich von 0,5 nm - 20 μιτι auf. Selbstverständlich können als Schmierstoffe auch Kombinati- onen von Schmierstoffen verwendet werden, wie z. B. eine Kombination aus Polytetrafluorethylen mit Perfluorpropylvinylether gemischt, wobei die Mischung bevorzugt nicht weniger als 15 Vol.-% an Polytetrafluorethylen und nicht weni- ger als 0,5 Vol.-% an Perfluorpropylvinylether beinhalten sollte. Wie erwähnt ist diese Aufzählung nicht vollständig.

Analog zu dem mindestens einen Verschleißschutzstoff ist es auch bei dem mindestens einen Schmierstoff möglich, diesen hinsichtlich seiner Oberfläche zu modifizieren, wobei die Oberflächenmodifizierung insbesondere über eine Silanisierung erfolgt. Das entsprechende Verfahren zur Oberflächenbehandlung des Schmierstoffs ist entsprechend dem oben für den Verschleißschutzstoff genannten.

Der im erfindungsgemäßen Gleitlack als Matrix dienende Basislack ist nachfolgend in seinen möglichen Varianten aufgezählt.

- Standardgleitlacke (wie z. B. Molykote® D708 (Handelsname), Herstel- ler: Dow Corning, Fluoropan 340 AB (Handelsname), Hersteller: Klüber)

- reine Basislacke für UV-, IR-, NIR- oder strahlenaushärtend, wie Acryl- harze, Alkydharze, Urethan modifizierte Alkydharze, Polyurethan- /Acrylat-Dispersionen oder Epoxidharze und dessen Mischungen. Speziell für UV-aushärtende Basislacke können Polyether- /Polyesteracrylate, Epoxidacrylate, Urethanacrylate und Dual-Cure-

Systeme verwendet werden,

- für hitze- und/oder strahlenhärtbare Basislacke eignen sich besonders Phenolharze, Acrylatharze, Epoxyharze, Polyesterharze, Melaminharze, Aminoplaste, Polyurethane sowie Mischungen aus diesen Komponen- ten,

- eine wässrige Polyetheretherketon-Dispersion,

- alle Polymere, welche als Schmierstoffsystem genannt wurden, wie Po- lytetrafluorethyle, Perfluorpropylvinylether, Polyamidimid, Perfluor- methylvinylether, Ethylen-Chlortrifluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Po- lyphthalamid, Polyetheretherketon und dessen Mischungen.

Als Zusatz zu dem Basislack kann 0,01 bis 15 Vol.- % N-(2-Aminoethyl)-3- aminopropyltrimethoxyxsilan hinzugemischt werden. Wiederum hat diese Aufzählung keinen Anspruch an Vollständigkeit.

Es ist darüber hinaus auch möglich, dass in dem Gleitlack Fasern aus einem Faserwerkstoff enthalten sind. Diese Fasern, insbesondere Kohlefasern, weisen eine Länge von 0,5 - 350 nm auf, können aber auch jedwede andere Länge haben. Auch diese Fasern können entsprechend den oben bereits getätigten Ausführungen zur Oberflächenmodifizierung oberflächenmodifiziert sein. Die Schichtdicke ist entsprechend einer konkreten Anwendungssituation auszuwählen, sollte in der Regel aber nicht weniger als 5 - 10 m betragen. Als Grundsatz gilt hier, dass die Beschichtung aus dem Gleitlack so dünn wie möglich aufzutragen ist. In einer weiteren Ausführungsform kann der Gleitlack einen Faserwerkstoff umhüllen. Dabei ist bevorzugt der Faserwerkstoff mit dem Gleitlack getränkt. Dieser im Sinne einer Harztränkung zu verstehende Vorgang dient als zusätzliche Armierung des Bauteils, auf welches der erfindungsgemäße Gleitlack aufgebracht werden soll.

Nachfolgende Aufzählung enthält eine Auswahl an verschiedenen Faserwerkstoffen, die mit dem erfindungsgemäßen Gleitlack getränkt werden können:

- Zellulosische Fasern, wie z. B. Viskose, Modal, Lyocell, Cupro, Acetat, Triacetat, Papierfasern, Bambusfasern, Cellulon,

- Gummifasern,

- Asbest,

- Basalt,

- Fasergips,

- Baumwolle, Kapok, Bastfasern, Hanffaser, Jute, Leinen, Ramie, Hartfasern, Sisal, Abacä (Manilahanf), Hartfaser aus Kokos, - organische Fasern, wie z. B. Polyester, meist Polyethylenterephthalat, Polyamid, Polyimid, Polyamidimid, Polyphenylensulfid, Aramid, Polyac- rylnitril, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen,

- anorganische Chemiefasern, wie z. B. Glasfasern, Kohlenstofffasern, - Metallfasern

- keramische Fasern, wie z. B. oxidische Keramikfasern (z. B. Aluminiumoxide, Mullite, Yttriumoxide), nichtoxidische Keramik (z. B. Siliciumcar- bid),

- Kohlenstoffnanoröhren.

Auch ist es möglich, dass der Faserwerkstoff in Form eines Gewebes aus verschiedenen Faserwerkstoffen vorliegt. Gängig sind hierbei z. B. Mischgewebe aus Glas und Kohlefasern. Natürlich kann auch der Faserwerkstoff oberflächenmodifiziert vorliegen, wobei hier konsequenterweise auch eine Silanisierung bevorzugt wird.

Es ist möglich, den Verschleißschutzstoff innerhalb einer ausgehärteten Gleitlackschicht nur oberflächennah einzubinden, worauf nachfolgend noch einge- gangen wird.

Zur Aufbringung des erfindungsgemäßen Gleitlacks können klassische Be- schichtungsverfahren, wie z. B. Eintauchen, Streichen, Aufspritzen, Rakeln, Verfahren zur Elektrotauchlackierung, elektrostatische Rotationszerstäubung oder Luftzerstäubung verwendet werden.

Es ist auch möglich, zunächst nur den einen Schmierstoff enthaltenden Basislack, gegebenenfalls mit einem weiteren zugesetzten Schmierstoff oder einer Schmierstoffmischung, auf ein Bauteil aufzubringen und auf diesen vor der Aushärtung der Matrix den pulverformigen Verschleißschutzstoff beispielsweise durch Aufblasen oder Aufstreuen aufzubringen. Erst im Anschluss daran soll die Matrix ausgehärtet werden. Dadurch ergibt sich, dass der Verschleißschutzstoff vor allen Dingen in den oberflächennahen Bereichen vorliegt. Im Folgenden werden die eingangs genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Gleitlacks anhand von Beispielen dargestellt. Hierbei wird insbesondere auf die Reduzierung der Trockenreibwerte Wert gelegt.

Ausgehend von einem kommerziellen Standardgleitlack, welcher als ein Poly- amid-Polyimid-Lack vorliegt und speziell für die Beschichtung von metallischen Gleitpartnern konzipiert ist, soll die Reduzierung der Trockenreibwerte im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Gleitlack aufgezeigt werden.

Bei dem verwendeten Standardgleitlack als Basislack vernetzen die Bestandteile über einen Temperatureintrag, so dass sich eine reibwertoptimierte Oberfläche ergibt, die zudem eine sehr gute Haftung zur Stahloberfläche aufweist. So kann mit diesem System nach dem Auftragen des Gleitlacks auf der Stahl- Oberfläche und einer anschließenden 10-minütigen Trocknung bei Raumtemperatur, woraufhin sich eine 30-minütige Temperung bei 200° anschließt, ein Trockenreibwert gegen Metall 100 Cr6 von 1 ,5 - 2,5 ermittelt werden.

Im Rahmen eines Vergleichsversuches werden dem Polyamid-Polyimid-Lack 0,1 Vol.-% an oberflächenmodifizierten Siliziumoxidpartikeln als Verschleißschutzstoff zugemischt.

Zur Oberflächenbehandlung der Siliziumoxidpartikel wurden, wie oben beschrieben, Aminoalkylalkoxysilane aus der Gruppe Aminopropoltrimethoxysi- lan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan und bzw. oder N-(2-Aminotheyl)-3-Aminopropyltrimethoxysilan verwendet. Ein derartig modifizierter Basislack führt zu einer sehr gut haftenden Beschichtung auf dem Stahlprüfkörper, wobei niedrige Trockenreibwerte im Bereich von weniger als 1 ,5, teilweise sogar unter 1 ,0, erzielbar sind. Es ist zudem eine verbesserte Abriebbeständigkeit zu erkennen.

In einem weiteren Vergleichsversuch wird der Polyamid-Polyimid-Lack mit 0,5 Vol.-% der oberflächenmodifizierten Siliziumoxid-Partikel als Verschleißschutz- stoff versetzt, wobei hier eine besonders kleine Teilchengröße im Bereich zwischen 20 und 50 nm verwendet wird. Mit dieser Zusammensetzung werden bei Reibversuchen Trockenreibwerte zwischen 0,9 und 1 ,5 gemessen. Ein weiterer Versuchsaufbau besteht darin, dem Polyamid-Polyimid-Lack fein verteiltes Schmierstoffpulver zuzugeben. Ausgehend von Polyetheretherketon- Pulver zeigt sich, dass insbesondere eine Mischung aus Polyetheretherketon mit Polytetrafluorethylen, wobei Polytetrafluorethylen auch durch Perfluorethy- len-propylen-Copolymer substituiert werden kann, eine besonders gute Wir- kung hat. Wichtig ist es hierbei, Teilchengrößen von weniger als 50 nm zu verwenden. Mit dieser Zusammensetzung ergibt sich nach Aushärten der Matrix ein Trockenreibwert im Bereich von etwa 0,4.

In einer weiteren Ausführung wird von dem eben beschriebenen System aus Polyamid-Polyimid-Lack und Polyetheretherketon/Polytetrafluorethylen- Partikeln ausgegangen, wobei dieser Zusammensetzung nun zusätzlich Silici- umnitrid-Partikel zugegeben wurden. Nach Aushärten der Matrix zeigt diese Zusammensetzung Trockenreibwerte von ca. 0,2 - 0,3. Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil, insbesondere ein Gleit- oder Wälzlagerbauteil beliebiger Art, das mit einem ausgehärteten Gleitlack der zuvor beschriebenen Art beschichtet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines mit dem erfindungsgemäßen Gleit- lack beschichteten Metallbauteils,

Figur 2 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt aus dem auf dem Metallbauteil aufgebrachten Gleitlack gemäß Figur 1 , Figur 3 eine Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Gleitlack beschichteten Bauteils, und Figur 4 eine weitere Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen

Gleitlack beschichteten Bauteils.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Gleitlack 1 in Gestalt einer Beschichtung auf einem Bauteil 2, insbesondere einem Metallbauteil. Das Bauteil 2 muss dabei nicht zwingend eine plane Oberfläche aufweisen, vielmehr kann es beliebige Formen, wie z. B. gebogene oder gewinkelte Formen, aufweisen. Daneben kann das Bauteil 2 in seiner Oberfläche dreidimensional strukturiert sein. So kann es z. B. bewusst mit einer gewissen Rauheit versehen sein, um den Gleitlack 1 noch besser auf der Oberfläche des Bauteils 2 haften zu lassen. Zwischen dem Bauteil 2 und dem Gleitlack 1 herrscht ein stabiler, vorzugsweise unlösbarer Verbund, der sich durch das Aushärten der Matrix 3 des Gleitlacks 1 ergibt. Das Aushärten der Matrix 3 kann z. B. über einen Tempera- tureintrag oder UV-, NIR-, IR-Strahlung oder Teilchenstrahlung, erfolgen. Die Schichtdicke d des Gleitlacks 1 beträgt in dieser Ausführungsform etwa 25 μιτι. Durch Aufbringung und Aushärten des Gleitlacks 1 erfährt das Bauteil 2 eine wesentliche Verbesserung seines tribologischen Verhaltens. So wird für den Fall, dass das Bauteil 2 z. B. ein Gleitlager ist, dieses Gleitlager eine deutliche Verbesserung seiner Verschleiß- und Reibungseigenschaften aufweisen. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Gleitlacks 1 zeigt das Bauteil 2 beispielsweise einen Trockenreibwert von nur 0,2.

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Matrix 3 des erfindungsgemä- ßen Gleitlacks 1 . In der Matrix 3 liegen sowohl fein verteilte Schmierstoffe 4 als auch fein verteilte Verschleißschutzstoffe 5 vor. Bei den Schmierstoffen 4 handelt es sich in dieser Ausführung um feines Polyetheretherketon-Pulver, dessen Partikelgröße bei 30 nm liegt. Bei den Verschleißschutzstoffen 5 handelt es sich um oberflächenmodifiziertes Siliziumdioxid mit einer Partikelgröße von etwa 40 nm. Die Oberflächenmodifizierung der Verschleißschutzstoffe 5 erfolgt über eine Silanisierung, wobei Silane 6, als feine Linien auf dem Verschleißschutzstoff 5 dargestellt, eine gute Einbindung der Verschleißschutzstoffe 5 in die Matrix 3 des Gleitlacks 1 bewirken.

Es sind zusätzlich fein verteilte Kohlefasern 7 in der Matrix 3, welche in Form von kurzen Strichen dargestellt sind, enthalten. Die Matrix 3 des Gleitlacks 1 enthält weiterhin, hier nicht dargestellte, Additive wie z. B. thermische Stabilisa- toren oder Dispergierungsmittel. Der Gesamtanteil des Verschleißschutzstoffs 5 liegt in etwa bei 5 Vol.-%, der Anteil des Schmierstoffs 4 ungefähr bei 25 Vol.-%.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines auf ein Bauteil 2 aufgebrach- ten Gleitlacks 1 . In der Matrix 3 des Gleitlacks 1 liegen die Verschleißschutzstoffe 5 vornehmlich in oberflächennahen Bereichen vor, ihr Anteil nimmt mit Entfernung von der Oberfläche der Schicht aus dem Gleitlack 1 ab. Es handelt sich hierbei also um ein Konzentrationsgefälle der Verschleißschutzstoffe 5 von oberflächennahen zu oberflächenfernen Bereichen. Dies ist über ein spe- zielles Beschichtungsverfahren möglich, wonach zunächst nur der einen Schmierstoff 4 enthaltende Basislack in Form der Matrix 3, gegebenenfalls beinhaltend einen weiteren Schmierstoff 4 oder eine Mischung von Schmierstoffen 4, auf das Bauteil aufgebracht wird und im Anschluss daran auf diese noch nasse und nicht ausgehärtete Schicht durch Aufstreuen oder Aufblasen die Verschleißschutzstoffe 5 aufgebracht werden. Die also zeitlich versetzt aufgebrachten Verschleißschutzstoffe 5 wandern nicht durch das Volumen der Matrix 3 des Gleitlacks 1 , sondern verbleiben in deren oberflächennahen Bereichen. Diese ungleichmäßige Verteilung der Verschleißschutzstoffe 5 wird auch durch eine Aushärtung der Matrix 3 nicht verändert.

Es ist hier möglich, die in den oberflächennahen Bereichen bzw. auf der Oberfläche des Gleitlacks 1 vorfindbaren Verschleißschutzstoffe 5 erst im Betrieb, beispielsweise durch ein Einpressen, in die Matrix 3 des Gleitlacks 1 einzuarbeiten.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines mit einem Gleitlack 1 be- schichteten Bauteils 2, wobei der Gleitlack 1 von einem dreidimensionalen Fasergelege 8, wie z. B. eine Glasfasermatte, durchzogen ist. Das Fasergelege 7 ist hierbei von dem Gleitlack 1 umhüllt und wird gemeinsam mit dem Gleitlack 1 auf das Bauteil 2 aufgebracht. Dabei ist es entscheidend, dass zunächst das Fasergelege 8 in dem Gleitlack 1 getränkt wird, wobei sich der Gleitlack 1 um und zwischen die Fasern des Fasergeleges 8 legt. Im Anschluss erfolgt eine Aufwicklung des mit dem Gleitlack 1 getränkten Fasergeleges 8 auf das Bauteil 2. Der Vorteil der Verwendung des Fasergeleges 8 ist in einer zusätzlichen Armierung zu sehen. Im Falle einer chemischen Unverträglichkeit zwischen dem Fasergelege 8 und dem Gleitlack 1 oder für eine noch stabilere Kopplung zwischen Fasergelege 8 und Gleitlack 1 ist es möglich, das Fasergelege 8 e- benfalls über eine Silanisierung in seiner Oberfläche zu modifizieren.

Bezugszahlenliste

1 Gleitlack

2 Bauteil

3 Matrix

4 Schmierstoffe

5 Verschleißschutzstoffe

6 Silane

7 Kohlefaser

8 Fasergelege

d Schichtdicke

Claims

Patentansprüche

Gleitlack zur Beschichtung eines Metallbauteils oder aufgebracht auf ein Metallbauteil, bestehend aus einem Basislack als Matrix sowie mindestens einem Schmierstoff, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens ein Verschleißschutzstoff (5) enthalten ist.

Gleitlack nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus Schmier- und Verschleißschutzstoff (4, 5) im Bereich von 0,01 - 90 Vol.- % bezogen auf die Matrix (3) liegt.

Gleitlack nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Schmierstoff (4) vorzugsweise im Bereich von 20 - 30 Vol.- % bezogen auf die Matrix (3) liegt.

Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißschutzstoff (5), insbesondere durch eine Silanisierung, oberflächenmodifiziert ist.

Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißschutzstoff (5) aus Yttriumoxid, vorzugsweise teilchenstabilisiert mit Zirkoniumoxid, einer kolloidalen Dispersion von hexagonalem Bornitrid in einem Polytetrafluorethylen-Mantel, einer isoelektrischen Bornitrid-Verbindung, einem Keramikpulver bestehend aus mindestens 97 Gew.- % Siliciumnitrid, höchstens 0,3 Gew.- % Silici- um, höchstens 0,3 Gew.- % Kohlenstoff, höchstens 0,1 Gew.- % Eisen, Fullerenen, Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlenstofffaserpartikeln, Siliciu- moxid, Wollastonit, Zirkoniumoxid, Siliciumnitrid, Bornitrid, Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zinksulfid, Titanoxid, Metallcarbiden, Wolframcarbid, Bor- carbid, Titancarbid, Siliciumcarbid oder einer Kombination dieser gewählt ist.

6. Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff (4) aus Polytetrafluorethylen, Graphit, Kugelgraphit, Molybdänsulfid, Perfluorpropylvinylether, Polyamidimid, wasserlöslichen Polyamiden, wasserlöslichen Copolyamiden, Perfluor- methylvinylether, Ethylen-Chlortrifluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Po- lyphthalamid, Polyetheretherketon oder einer Kombination dieser gewählt ist.

Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff (4), insbesondere durch eine Silanisie- rung, oberflächenmodifiziert ist.

Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basislack über einen Temperatureintrag, elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung aushärtbar ist.

Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleitlack (1 ) Fasern (7) aus einem Faserwerkstoff enthalten sind.

Gleitlack nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (7) aus dem Faserwerkstoff eine Länge von 0,5 - 350 nm aufweisen.

Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der auf das Metallbauteil (2) aufgebrachte Gleitlack (1 ) einen Faserwerkstoff (8) umhüllt.

Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserwerkstoff (8) aus zellulosischer Faser, Viskose, Modal, Lyocell, Cupro, Acetat, Triacetat, Papierfasern, Bambusfaser, Celllulon, Gummifaser, Asbest, Baumwolle, Kapok, Bastfaser, Hanffaser , Jute, Leinen, Ramie, Hartfaser, Sisal, Manilahanf, Hartfaser aus Kokos, Polyester, vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat, Polyamid oder Po- lyimid, Polyamidimid, Polyphenylensulfid, Aramid, Polyacrylnitril, Polytet- rafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen, Glasfaser, Kohlefaser, Metallfaser auf Basis von Oxiden wie Aluminunnoxid, Mullit, Yttriumoxid oder auf Basis von Nicht-Oxiden, Kohlenstoffnanoröhrchen gewählt ist.

13. Gleitlack nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fa- serwerkstoff (8) in Form eines Gewebes aus verschiedenen Fasermaterialien vorliegt. 14. Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserwerkstoff (8), insbesondere durch eine Silani- sierung, oberflächenmodifiziert ist.

15. Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der ausgehärtete Gleitlack (1 ) den Verschleißschutzstoff

(5) lediglich in seinen oberflächennahen Bereichen enthält.

16. Bauteil (2), insbesondere Gleit- oder Wälzlagerbauteil, beschichtet mit einem ausgehärteten Gleitlack nach einem der vorangehenden Ansprüche.